一、ECD检测条件选择
主要讨论影响ECD响应值的因素:载气种类、纯度和流速;色谱柱和柱温、检测器温度等操作参数。
1、载气种类、纯度和流速
a. 种类
N2、Ar、He、H2 均可作ECD的载气。N2 和 Ar 作载气时之基流和灵敏度均高于 He、H2,故填充柱时通常用 N2 或 Ar/CH4,而不用 He 或 H2。
在同轴圆筒型恒电流方式ECD上,测定了不同载气组成和不同参比电流。参数P为参比电流和最大参比电流之比,在各参比电流下,均是 Ar/5%CH4载气的绝对灵敏度最高,纯 Ar 载气次之,N2 载气最低。至P值接近1 时,三者灵敏度均急剧提高,而线性范围下降。N2 载气的线性范围亦小于Ar/CH4。因 N2 价廉,又易与其他气相色谱检测器配合;对位移同轴圆筒型ECD,N2 载气也可得到较高的灵敏度。所以常用N2作载气。
当用毛细管柱,过柱载气流速很小(5mL/min)或需作快速分析时,可用 He、H2 作载气,尾吹用N2或Ar/CH4气。这时ECD的灵敏度取决于尾吹气的流速,但需注意,纯 He 同纯Ar一样,也易被激发成亚稳态,产生异常响应。故用 He 作载气时,同样要加入甲烷作猝灭剂,组成He/CH4混合气使用。还要注意,如ECD为3H2放射源时,切忌用H2作载气。因H2可与3H2交换,使3H2大量流失,缩短检测器寿命。
b. 纯度
载气纯度直接影响ECD的基流或基频。图1为载气纯度对基流的影响。为保证ECD池的洁净,降低杂质俘获池中的自由电子,一般要求载气纯度在99.99%以上,还要外加净化器,以除去残留的氧和水。氧具有强烈的吸电子性,使基流下降。
c. 流速
载气和尾吹气流速调节的目的和意义是不同的。前者主要从组分分离要求确定,通常填充柱20~50mL/min,毛细管柱为0.1~10/mL/min。后者在ECD中有三个作用。
(1)为保持毛细管柱达一定的柱效,需加尾吹气,以减小谱带柱后变宽。表1为n=3000m-1,tR=5min时,不同检测器体积和不同气体流速时,谱带变宽的百分数(θ)。可以看出:同一色基流的影响谱柱,其后接的ECD池体积越大,为达相同柱效所需尾吹气流速越大。
(2)保持ECD达饱和基流I0(恒频率)或稳定基频ƒ0(恒电流)。因I0随通过检测器气体流速增加而增大,ƒ0 即随流速增加而减小,且两者均至一定值后达稳定,见图2。
(3)由于ECD是浓度型检测器,峰面积反比于通过检测器的气体流速。但ECD的峰高不同于典型的浓度型TCD。它随气体流速的增加而增大至最大值后,又随流速增加而下降。所以,在柱流速固定后,可通过调节尾吹气流速,使达最大响应。
总之,通过ECD池的气体流速对其性能的影响是复杂的,通常要对柱效、基流(或基频)和灵敏度三者兼顾,取一适中流速。不同型号仪器说明书中均有过ECD的最佳流速,可参照该推荐值,增、减约2%~4%的流速,以达到峰形变宽最小,灵敏度最高为最佳。对某些ECD有时仅变动1~2mL/min,即可达目的。在恒电流方式中,线性范围随气体流速增加而略有增大。
2、色谱柱和柱温
色谱柱和柱温的选择原则是:既要保证各组分完全分离,又要保持ECD池洁净,不受柱固定相污染。为此,应尽量选用低配比的耐高温或交联固定相;柱温尽量偏低。这样,在相同的柱温下,柱流失的绝对量比高配比、未交联固定相要少得多。同时,低配比柱达到相同分离度所需的柱温可降低,固定相流失又可进一步减少。
尽量不要选用含多卤原子的固定相,如甲基三氟丙基聚硅氧烷(QF-1,OV-210)、聚三氟氯乙烯蜡(KelFwax)等。切忌用聚四氟乙烯管作连接管或色谱柱。它们均能使基流严重下降。
通常要求接ECD的色谱柱,其最高使用温度比接其他气相色谱检测器要低50~140℃。
在程升过程中,柱温的变化对ECD的灵敏度和基线应无明显影响,但可能由于柱温的变化引起载气流速的改变,产生较小的基线飘移。
3、检测器温度
由于ECD的响应明显受检测器温度的影响,因此,检测器的温度波动必须精密控制小于±(0.1~0.3)℃,以保证响应值的测量精度在1%以内。另外,在比较同一化合物的响应值或最小检出量时,注意温度应相同。不标明温度的比较是欠妥的。
二、ECD使用注意事项
ECD 使用中最重要的是始终保持系统的洁净,有了污染要及时发现、及时排除,为使定量准确,要注意防止 ECD 过载,还要注意安全。
1、保持整个气路系统的洁净
ECD 对杂质十分敏感,故使用中每一环节均要考虑是否带入污染杂质。外来杂质进入ECD 池,将出现两种异常:一是放射源表面污染,使放射源电离能力下降,从而使直流电压和恒频率方式 ECD 基流下降或恒电流方式中基频增高;二是杂质直接俘获ECD 中的电子,使基流下降或基频增高。两者最终均导致灵敏度降低。
具体的保洁措施是:
(1)系统气密性好通过气密性实验,确保从气源至检测器出口的整个气路系统气密性
好,无空气漏入。
(2)气体纯度高载气及尾吹气均应用纯度大于99.99%之纯气,或大于 99.999%(以上的
高纯气。
(3)隔垫流失小进样口隔垫应用耐高温垫。使用前,可放在柱恒温箱中于250℃下老化
8~12h,甚至再用溶剂萃取,然后使用。
(4)汽化室洁净汽化室中玻璃棉及玻璃插管应定期更换。
(5)柱流失小色谱柱应在比实际使用温度至少高25℃的温度下充分老化,低柱温使用。
(6)样品洁净“脏样品”应作净化处理。溶剂应用二次蒸馏的烷烃、芳烃或一氯烃。
(7)毛细管柱两端洁净当汽化室或检测器温度高时,可能使毛细管柱外的聚酰亚胺涂层分解成挥发性组分进入 ECD 池,为此,可用低温火焰,如丁烷打火机将其烧掉,以保持柱两端洁净。
(8)检测器温度高于柱温10℃以上。
(9)保持吹扫气暂时停机时,保持少量吹扫气通过 ECD。
2、检测器污染及其净化
可据下迹象之一判断 ECD 可能污染:
(1)直流和恒频率方式 ECD 基流下降或恒电流方式基频增高。如HP6890气相色谱仪ECD,设计值是100~600Hz基频为洁净;实际判断时,通常认为大于500Hz 即可能有污染;
(2)噪声增大,信噪比下降;
(3)基线漂移变大;
(4)线性范围变小;
(5)出负峰,通常是在大峰后有负峰。
对已经污染之 ECD,操作者可用以下实验室简便净化 ECD 法之一处理。
(1)热清洗法通常轻度污染常用此法。首先确保气路系统不漏和无污染[(2)、(3)法同]。然后,卸下色谱柱,用闷头螺帽将柱接检测器的接头堵死。调N2尾吹气至50~60mL/min,升检测器温度至350℃左右(63Ni源),柱温250℃,保持4~8h。最后,冷至通常操作温度,观察基频是否下降至正常值。如有效但还不够,可重复处理之。
(2)热水蒸汽洗换上洁净的汽化室插管,将原柱卸下,换上一根洁净的短空柱,通 N2 气,保持通常流速。升检测器、汽化室和柱温分别为300~350℃、200℃和150℃。用微量注射器从进样口注入去离子水50~100μL,连续注射,共注射10~20次。若原接毛细管柱,即换一根未涂固定液的短毛细管柱,每次注入10~15μL,共注射50~100次。这样,利用热水蒸气流清洗ECD 池。该法对大多数污染均可清除。但操作麻烦(若用自动进样器可减轻一些工作量),占用时间长,清洗一次需1~2天,近年已较少使用。
(3)氢烘烤这是近年较常用的方法。只需将载气或尾吹气换成氢气,调流速至 30~40mL/min。汽化室和柱温为室温,将检测器升至 300~350℃,保持 18~24h,使污染物在高温下与氢作用而除去。氢烘烤毕,将系统调回至原状态,稳定数小时即可。
如以上各法均无效,即需与生产厂联系处理。
3、防止ECD过载
在色谱分析中可能因进样量大(或样品浓度大),出现往过载或检测器过载。一般4mm内径填充柱可容许每个峰最大达0.5~1mg,内径为0.25mm.的WCOT柱为每峰小于(2~5)×10-8g。在用 ECD 作环境样品中痕量污染物分析时,每峰样品量为10-8~10-13。这当然不会引起柱过载,但对线性范围窄的ECD,则很容易达响应饱和。其表现为峰高不再增加(或增加较小),而半峰宽增大。此亦称ECD过载。显然,它必将给定量带来很大的误差。这时,必须用溶剂将样品稀释至 ECD 的线性范围以内,再测定之。
4、注意安全
放射性 ECD 中有放射源,为防止放射性危害,使用中应注意:
(1)检测器出口应用金属或聚乙烯管通至室外,于避风、雨及非人行道处;
(2)经培训并有处理放射性物质许可证者,才可拆卸 ECD,否则不得拆卸;
(3)按正规要求,至少每6个月要进行一次放射性泄露检测。
相关阅读: